Kvant chigallashuvi

Kvant chigallashuvi — kvant-mexanik hodisa bo‘lib, unda kvant holatlari ikki yoki undan ortiq obyekt uchun o‘zaro bog‘liq bo‘ladi. Masalan, chigallashgan holatdagi bir juft fotonni hosil qilish mumkin. Bunda birinchi zarrachaning spini o‘lchanganda uning spiralligi musbat bo‘lsa, ikkinchi zarrachaning spiralligi doimo manfiy bo‘ladi va aksincha.

Bunday o‘zaro bog‘liqlik obyektlar fazoda ma’lum bo‘lgan har qanday o‘zaro ta’sirlar yetib bormaydigan masofagacha ajratilganda ham saqlanadi. Bir zarrachaning biror parametri o‘lchanganda, ikkinchisining chigallashgan holati bir zumda (hatto yorug‘lik tezligidan tezroq) tugaydi. Bu holat lokallik tamoyiliga mantiqan ziddek ko‘rinishi mumkin, biroq bunda axborot uzatilmaydi va nisbiylik nazariyasi buzilmaydi.

O‘rganilish tarixi

Bor va Eynshteyn bahsi, EPR paradoksi

Aynan Beshinchi Solveyev kongressida 1927-yilda asosiy munozaralardan biri Bor va Eynshteyn o‘rtasidagi kvant mexanikasining Kopengagen talqini tamoyillari haqidagi bahs edi. Biroq bu talqin o‘sha paytda hali bu nom bilan yuritilmasdi; nom 1950-yillarda mustahkamlandi. Eynshteyn kvant fizikasida klassik fizikaga xos determinizm tamoyillarini saqlab qolish va o‘lchash natijalarini «jarayondan ajralgan kuzatuvchi» nuqtayi nazaridan talqin qilish tarafdori edi (ingl. «detached observer»). Bor esa, aksincha, kvant hodisalarining tubdan nodeterministik (stoxastik) xususiyatga ega ekanini va o‘lchashning holatning o‘ziga ta’sirini bartaraf etib bo‘lmasligini ta’kidlagan. Bu bahslarning mohiyati sifatida ko‘pincha keltiriladigan Eynshteyn bilan Bor o‘rtasidagi dialog shunday: «— Xudo zar o‘ynamaydi. — Albert, Xudoga nima qilishni o‘rgatma». Shuningdek, Eynshteynning kinoyali savoli ham mashhur: «Siz rostdan ham Oy faqat unga qaraganingizda mavjud bo‘ladi, deb hisoblaysizmi?»

Boshlangan bahslarning davomi sifatida 1935-yilda Eynshteyn, Podolskiy va Rozen o‘zlarining EPR paradoksini shakllantirdilar. Bu paradoks kvant mexanikasining taklif etilgan modeli to‘liq emasligini ko‘rsatishi kerak edi. Ularning «Fizik voqelikning kvant-mexanik tavsifini to‘liq deb hisoblash mumkinmi?» nomli maqolasi «Physical Review» jurnalining 47-sonida chop etildi.

EPR paradoksida fikran Geyzenberg noaniqlik tamoyili buzilgandek ko‘rsatilgan: kelib chiqishi bir bo‘lgan ikkita zarracha mavjud bo‘lsa, ulardan birining holatini o‘lchab, hali o‘lchanmagan ikkinchi zarrachaning holatini oldindan aytish mumkin. O‘sha yili shunday nazariy jihatdan o‘zaro bog‘liq tizimlarni tahlil qilgan Shryodinger ularni «chigallashgan» deb atadi (ingl. entangled). Keyinchalik ingl. entangled va ingl. entanglement atamalari ingliz tilidagi ilmiy nashrlarda umumqabul qilingan terminlarga aylandi. Shryodingerning o‘zi zarrachalar faqat bir-biri bilan jismonan o‘zaro ta’sirlashayotgan paytdagina chigallashgan bo‘ladi, deb hisoblagan. Ular o‘zaro ta’sir doirasidan uzoqlashganda chigallashuv yo‘qoladi. Demak, Shryodinger qo‘llagan atama bugungi ma’nosidan farq qiladi.

Eynshteyn EPR paradoksini haqiqatan mavjud fizik hodisaning tavsifi deb hisoblamagan. Bu noaniqlik tamoyilidagi ziddiyatlarni ko‘rsatish uchun yaratilgan fikriy konstruksiya edi. 1947-yilda Maks Bornga yozgan maktubida u chigallashgan zarrachalar o‘rtasidagi bunday bog‘liqlikni «sharpasimon uzoqdan ta’sir» deb atagan (nem. spukhafte Fernwirkung, ingl. spooky action at a distance — Born tarjimasida):

Shuning uchun men bunga ishona olmayman, chunki (bu) nazariya fizika vaqt va makondagi voqelikni (qandaydir) sharpasimon uzoqdan ta’sirlarsiz aks ettirishi kerak, degan tamoyilga mutlaqo mos kelmaydi.
Asl matn (nem.)
Ich kann aber deshalb nicht ernsthaft daran glauben, weil die Theorie mit dem Grundsatz unvereinbar ist, dass die Physik eine Wirklichkeit in Zeit und Raum darstellen soll, ohne spukhafte Fernwirkungen.
— «Entangled systems: new directions in quantum physics»

«Physical Review» jurnalining keyingi sonidayoq Bor paradoks mualliflari maqolasi bilan bir xil sarlavhali javob maqolasini e’lon qildi. Bor tarafdorlari uning javobini qoniqarli deb baholadilar, EPR paradoksini esa Eynshteyn va uning hamfikrlari kvant fizikasidagi «kuzatuvchi» mohiyatini noto‘g‘ri tushunganidan kelib chiqqan, deb hisobladilar. Umuman olganda, ko‘pchilik fiziklar Kopengagen talqinining falsafiy murakkabliklaridan chetga chiqdilar. Shryodinger tenglamasi ishlardi, bashoratlar tajriba natijalariga mos kelardi va pozitivizm doirasida buning o‘zi yetarli edi. Gribbin bu borada shunday yozadi: «A nuqtadan B nuqtaga borish uchun haydovchi mashinasining kapoti ostida nimalar sodir bo‘layotganini bilishi shart emas». Gribbin kitobiga epigraf sifatida esa Feynman:

ning quyidagi so‘zlarini tanlagan: «O‘ylaymanki, hech kim kvant mexanikasini tushunmaydi, deb mas’uliyat bilan ayta olaman. Imkon bo‘lsa, o‘zingizga «Qanday qilib bunday bo‘lishi mumkin?» degan savolni berishni to‘xtating, chunki bu sizni hali hech kim chiqa olmagan boshi berk ko‘chaga olib kiradi».

Bell tengsizliklari va ularning tajribaviy tekshirilishi

Bunday vaziyat fizik nazariya va amaliyotning rivojlanishi uchun unchalik qulay emas edi. «Chigallashuv» va «sharpasimon uzoqdan ta’sir» qariyb 30 yil davomida e’tiborsiz qoldi. Nihoyat ularga irlandiyalik fizik Jon Bell qiziqa boshladi. Bomning (de Broyl — Bom nazariyasi), Bell EPR paradoksini tahlil qilishni davom ettirib, 1964-yilda o‘z tengsizliklarini ishlab chiqdi. Matematik va fizik jihatlarni ancha soddalashtirib aytganda, Bell ishidan chigallashgan zarrachalar holatini statistik o‘lchashda aniq farqlanadigan ikkita vaziyat kelib chiqardi. Agar ikki chigallashgan zarrachaning holati ajralish vaqtidayoq aniq bo‘lsa, Bellning bir tengsizligi bajarilishi kerak. Agar ularning holati birining holati o‘lchanmaguncha noaniq bo‘lsa, boshqa tengsizlik bajarilishi kerak.

Bell tengsizliklari fizik tajribalarni o‘tkazish uchun nazariy asos yaratdi, ammo 1964-yil holatiga ko‘ra, texnik imkoniyatlar bunday tajribalarni o‘tkazishga hali yetmas edi. Bell tengsizliklarini tekshirish bo‘yicha dastlabki muvaffaqiyatli tajribalarni Klauzer va Fridman 1972-yilda o‘tkazdilar. Natijalar chigallashgan ikki zarrachaning birortasi o‘lchanmaguncha ularning holati noaniq bo‘lishini ko‘rsatdi. Shunga qaramay, 1980-yillargacha aksariyat fiziklar kvant chigallashuvini «foydalanish mumkin bo‘lgan yangi noklassik resurs emas, balki yakuniy izohini kutayotgan tushunarsiz bir holat» deb hisoblashgan.

Biroq Klauzer guruhi tajribalaridan keyin Aspe tajribalari 1981-yilda o‘tkazildi. Aspening klassik tajribasida (qarang: sxema) ikki foton oqimi jami nolga teng spin bilan S manbadan chiqib, Nikol prizmalariga a va b yo‘naltirilgan. Ularda ikki marta nur sinishi hisobiga har bir fotonning qutblanishi elementar tarkibiy qismlarga ajratilgan, so‘ng oqimlar D+ va D- detektorlariga uzatilgan. Detektorlardan kelgan signallar fotoelektron ko‘paytirgichlar orqali R qayd etish qurilmasiga kelib tushgan va u yerda Bell tengsizligi hisoblangan.

Fridman — Klauzer tajribalarida ham, Aspe tajribalarida ham olingan natijalar Eynshteynning lokal realizmi mavjud emasligini yaqqol ko‘rsatdi: fikriy tajribadagi «sharpasimon uzoqdan ta’sir» oxir-oqibat fizik voqelik sifatida namoyon bo‘ldi. Lokallik g‘oyasiga so‘nggi zarba 1989-yilda ko‘p tomonlama bog‘langan Grinberger — Xorn — Saylinger holatlari orqali berildi. Ular kvant teleportatsiyasining asosini yaratdi. 2010-yilda Jon Klauzer, Alen Aspe va Anton Saylinger birgalikda fizika bo‘yicha Volf mukofotining sovrindorlari bo‘ldilar. Mukofot ularga «kvant fizikasi asoslariga, xususan, chigallashgan kvant holatlaridan foydalanib Bell tengsizliklarini (yoki ularning kengaytirilgan shakllarini) murakkabligi tobora ortib boruvchi tajribalarda tekshirishga qo‘shgan fundamental konseptual va tajribaviy hissasi uchun» berildi.

Fizika bo‘yicha 2010-yilgi Volf mukofoti sovrindorlari
Jon Klauzer (chapda)
Alen Aspe
Anton Saylinger

Zamonaviy bosqich

Yuqorida tasvirlangan tajribaning zamonaviy shakllarida Sa va Sb qismlari shunday uzunlikda qilinadiki, fotonlarni qayd etish hodisalari ma’lum o‘zaro ta’sirlar bilan bog‘lanmagan fazo-vaqt sohalarida sodir bo‘ladi. 2007-yilda Michigan universiteti tadqiqotchilari chigallashgan fotonlarni o‘sha davr uchun rekord bo‘lgan 1 m masofaga ajratishga erishdilar.

2008-yilda Shveysariyadagi Jeneva universiteti tadqiqotchilari ikki chigallashgan foton oqimlarini 18 kilometr masofaga ajratishga erishdi. Bu vaqtni ilgari erishilmagan aniqlikda o‘lchash imkonini berdi. Natijalarga ko‘ra, agar yashirin o‘zaro ta’sir mavjud bo‘lsa, uning tarqalish tezligi kamida 100 000 marta yorug‘lik tezligidan — vakuumdagi yorug‘lik tezligidan — yuqori bo‘lishi kerak. Tezlik pastroq bo‘lsa, vaqt kechikishlari sezilgan bo‘lardi.

O‘sha yilning yozida Avstriyadagi Kvant optikasi va kvant axboroti instituti^[ingl.] tadqiqotchilarining, jumladan Saylinger ishtirokidagi boshqa bir guruhi chigallashgan foton oqimlarini 144 kilometr uzoqlikka, Palma va Tenerife orollaridagi laboratoriyalar orasiga ajratib, yanada keng ko‘lamli tajriba o‘tkazdi. Bu yirik tajriba natijalarini qayta ishlash va tahlil qilish davom etdi, hisobotning oxirgi versiyasi 2010-yilda chop etildi. Tajribada o‘lchash paytidagi obyektlar orasidagi masofaning yetarli emasligi hamda o‘lchash sozlamalarini tanlash erkinligining cheklanganligi kabi ehtimoliy ta’sirlar istisno qilindi. Natijalar kvant chigallashuvi va shunga mos ravishda voqelikning nolokal tabiatini yana bir bor tasdiqladi. Biroq uchinchi ehtimoliy omil — tanlanmaning yetarlicha to‘liq emasligi — saqlanib qoldi. Har uchala omil bir vaqtning o‘zida istisno qilinadigan tajriba 2011-yil sentabr holatiga ko‘ra hali kelajak vazifasi edi.

Chigallashgan zarrachalar ishtirokidagi aksariyat tajribalarda fotonlardan foydalaniladi. Bunga chigallashgan fotonlarni hosil qilish va detektorlarga yetkazish nisbatan osonligi, shuningdek o‘lchanadigan holatning ikkilik xususiyati (musbat yoki manfiy spirallik) sabab bo‘ladi. Biroq kvant chigallashuvi boshqa zarrachalar va ularning holatlarida ham kuzatiladi. 2010-yilda Fransiya, Germaniya va Ispaniya olimlaridan iborat xalqaro guruh qattiq jism holatidagi elektronlarning chigallashgan kvant holatlarini o‘ta o‘tkazgichda — uglerod nanonaychalarida hosil qildi va o‘rgandi. 2011-yilda Maks Plank jamiyatining Kvant optikasi instituti tadqiqotchilari alohida rubidiy atomi bilan Boze — Eynshteyn kondensati o‘rtasida 30 m masofada kvant chigallashuvi holatini hosil qilishga erishdilar.

2017-yilda lazer impulslari ta’sirida rubidiy atomlari buluti ichida yuzaga keladigan uch fotondan iborat bog‘langan holatlar tajribada qayd etildi.

Hodisaning rus tilidagi manbalarda nomlanishi

Ingliz tilida quantum entanglement atamasi barqaror shakllangan va nashrlarda izchil qo‘llanadi, rus tilidagi ishlarda esa atamalardan foydalanish amaliyotida katta xilma-xillik kuzatiladi. Mavzuga oid manbalarda quyidagi atamalar uchraydi (alifbo tartibida):

Chigallashgan kvant holatlari,
Kvant chigallashuvi,
Kvant ilashuvi,
Kvant korrelyatsiyalari (ikki xil talqin qilinishi mumkinligi uchun unchalik qulay atama emas),
Kvant nolokalligi,
Kvant aralashib ketishi,
Ajralmaslik (kvant korrelyatsiyalarini aniqlashtiruvchi atama),
Kvant bog‘langanligi.

Ommabop matbuotda «kvant chigalligi» iborasi ham qo‘llanadi.

Bunday xilma-xillikni bir qancha sabablar, jumladan, atamalar bilan ifodalanadigan ikki xil obyektning haqiqatan mavjudligi bilan izohlash mumkin: a) holatning o‘zi (ingl. quantum entanglement) va b) shu holatda kuzatiladigan ta’sirlar (ingl. spooky action at a distance). Rus tilidagi ko‘plab ishlarda bu ikki tushuncha alohida termin bilan emas, balki kontekst orqali farqlanadi.

Matematik ifodalanishi

Matematik nuqtayi nazardan chigallashgan holat ikki vektor fazoning tenzor ko‘paytmasidagi shunday elementki, uni ikki vektorning oddiy tenzor ko‘paytmasi ko‘rinishida ifodalab bo‘lmaydi; faqat shunday ko‘paytmalar yig‘indisi orqali tasvirlash mumkin. Demak, u ajralmaydigan elementdir. Bunday elementlarning matematikada mavjudligi kvant mexanikasi paydo bo‘lishidan ancha avval ma’lum edi (masalan, Richchi va Levi-Chivita ishlariga qarang). Kvant chigallashuvining matematik jihatlari haqida batafsil ma’lumot Maksimilian Shlosxauerning «Decoherence and the Quantum-to-Classical Transition» kitobining ikkinchi bobida keltirilgan (Springer, Berlin, 2007).

Chigallashgan kvant holatlarini hosil qilish

Eng oddiy holatda S manba chigallashgan fotonlar oqimlarini hosil qiladi. Buning uchun muayyan nochiziqli materialga ma’lum chastota va intensivlikdagi lazer oqimi yo‘naltiriladi (bitta emitterli sxema). Spontan parametrik sochilish (SPS) natijasida chiqishda ikki qutblanish H va V konusi yuzaga keladi. Ular chigallashgan kvant holatidagi juft fotonlarni (bifotonlarni).

batafsil

II turdagi SPSda qutblangan lazer nuri bariy beta-borati kristaliga ta’sir qilganda o‘z-o‘zidan bifotonlar hosil bo‘ladi. Ularning chastotalari yig‘indisi qo‘zg‘atuvchi nurlanish chastotasiga teng:

ω₁ + ω₂ = ω

va qutblanishlari kristal yo‘nalishi bilan belgilanadigan bazisda o‘zaro ortogonaldir. Ikki marta nur sinishi tufayli muayyan sharoitlarda fotonlar bir xil chastotaga ega bo‘ladi va umumiy o‘qi bo‘lmagan ikkita konus bo‘ylab nurlanadi. Bunda bir konusda qutblanish vertikal, ikkinchisida esa gorizontal (kristal va qo‘zg‘atuvchi nurlanish qutblanishiga nisbatan) bo‘ladi. SPSda to‘lqin vektorlari uchun ham quyidagi munosabat o‘rinli:

$\vec{k_{1}} + \vec{k_{2}} = \vec{k}$

shuning uchun bifoton juftligining bir fotoni konuslar kesishadigan chiziqlardan biridan olinsa, ikkinchi fotonni har doim ikkinchi kesishish chizig‘idan olish mumkin.

Kristallda turlicha qutblangan fotonlar har xil tezlikda tarqaladi. Shuning uchun haqiqiy tajriba qurilmasida har bir nur dastasi qalinligi ikki baravar kichik va 90° ga burilgan xuddi shunday kristalldan ham o‘tkaziladi. Bundan tashqari, qutblanish ta’sirini tenglashtirish uchun dastalardan birida yarim to‘lqinli va chorak to‘lqinli plastinkalar kombinatsiyasi yordamida vertikal hamda gorizontal qutblanishlar o‘rni almashtiriladi. SPS natijasida hosil bo‘lgan bifoton juftligining a’zolarini 1 va 2 indekslar bilan belgilash mumkin. Bunda:

har bir foton teng ehtimollik bilan qutblanishning ikki holatidan birida bo‘lishi mumkin: $| x ⟩$ yoki $| y ⟩$
fotonlarning qutblanishlari o‘zaro ortogonal,
har bir foton teng ehtimollik bilan m yoki n dastasiga tushishi mumkin. Buni fotonning fazoviy holati — $| m ⟩$ moda va $| n ⟩$

Buni ikki tirqishli tajribaga qiyoslash mumkin: qutblanishni o‘lchashning mumkin bo‘lgan ikki usuli (dastalardan birida burilgandan keyin qutblanishlar bir xil bo‘ladi) ko‘paytmalar superpozitsiyasi bilan ifodalanadi: $| x ⟩_{1} | x ⟩_{2}$ va $| y ⟩_{1} | y ⟩_{2}$ ; fazoviy modalarni o‘lchashning mumkin bo‘lgan variantlari esa $| m ⟩_{1} | n ⟩_{2}$ va $| n ⟩_{1} | m ⟩_{2}$ .

Qutblanish holati va fazoviy modalar bir-biridan mustaqil bo‘lgani uchun umumiy to‘lqin funksiyasi quyidagi ko‘rinishga ega:

$| Ψ ⟩ = \frac{1}{\sqrt{2}} (| x ⟩_{1} | x ⟩_{2} + e^{i α} | y ⟩_{1} | y ⟩_{2}) \cdot \frac{1}{\sqrt{2}} (| m ⟩_{1} | n ⟩_{2} + e^{i β} | n ⟩_{1} | m ⟩_{2})$

Fotonlar bozonlar hisoblanadi, shu sababli fotonlar juftligining to‘lqin funksiyasi indekslarning o‘rnini almashtirishga nisbatan simmetrik bo‘lishi kerak. Simmetriyalashtirish natijasida quyidagini olamiz:

$| Ψ ⟩ = \frac{1}{\sqrt{2}} (| x ⟩_{1} | x ⟩_{2} + e^{i ϕ} | y ⟩_{1} | y ⟩_{2}) \cdot \frac{1}{\sqrt{2}} (| m ⟩_{1} | n ⟩_{2} + | n ⟩_{1} | m ⟩_{2})$

Kompensatsion kristallar yo‘nalishini o‘zgartirib, $e^{i ϕ}$ faza ko‘paytuvchisini 1 ga tenglashtirish mumkin. Shunda bifoton to‘lqin funksiyasining yakuniy ko‘rinishini olamiz:

$| Ψ ⟩ = \frac{1}{\sqrt{2}} (| x ⟩_{1} | x ⟩_{2} + | y ⟩_{1} | y ⟩_{2}) \cdot \frac{1}{\sqrt{2}} (| m ⟩_{1} | n ⟩_{2} + | n ⟩_{1} | m ⟩_{2})$

Qutblanish holatini tavsiflovchi ko‘paytuvchi Bellning maksimal chigallashgan to‘rtta holatidan biridir:

$| Φ^{+} ⟩_{12} = \frac{1}{\sqrt{2}} (| x ⟩_{1} | x ⟩_{2} + | y ⟩_{1} | y ⟩_{2})$

Muayyan materialni tanlash tajriba maqsadi, qo‘llanadigan chastota va quvvatga bog‘liq. Quyidagi jadvalda keng qo‘llanadigan ayrim noorganik nochiziqli kristallar va ularning muntazam domen tuzilmasi^[ingl.] (MDT-kristallar, ingl. periodically poled):

Modda	Formula	Qisqartma
beta-borat bariy	β-BaB₂O₄	BBO
triborat litiy	LiB₃O₅	LBO
titanil fosfat kaliy	KTiOPO₄	KTP
kaliy niobati	KNbO₃	—

Qiziqarli va nisbatan yangi yo‘nalishlardan biri organik asosdagi nochiziqli kristallar bo‘ldi. Tirik organizmlarning organik tarkibiy qismlari orbitallarning aynan π-bog‘larda joylashuvi tufayli kuchli nochiziqli xususiyatlarga ega bo‘lishi kerak, deb taxmin qilingan edi. Bu farazlar tasdiqlandi va bir nechta tadqiqot guruhi suvsizlantirish usuli bilan to‘yingan aminokislota eritmalaridan yuqori sifatli nochiziqli kristallar oldi. Shunday kristallarning ayrimlari:

Modda	Formula	Qisqartma
L-arginin malein digidrati	C₆H₁₄N₄O₂ + C₄H₄O₄	LAMD
2-L-metionin malein digidrati	C₅H₁₁N O₂S + C₄H₄O₄	LMMM

Jadvaldagi LMMM L-metionin (metabolik vosita) va malein kislotasini (oziq-ovqat sanoati) ikkiga bir nisbatda aralashtirib kristallash orqali olinadi. Ya’ni u ommaviy ishlab chiqariladigan moddalardan tayyorlanadi. To‘g‘ri o‘stirilgan kristallning samaradorligi qimmatroq va topish qiyinroq bo‘lgan noorganik KTP samaradorligining 90 % ini tashkil etadi.

Qo‘llash g‘oyalari

Gerbertning «yorug‘likdan tezkor kommunikatori»

Aspe tajribasidan bor-yo‘g‘i bir yil o‘tib, 1982-yilda amerikalik fizik Nik Gerbert^[ingl.]«Foundations of Physics» jurnaliga yangi turdagi kvant o‘lchashlariga asoslangan «yorug‘likdan tezkor kommunikator» — FLASH (First Laser-Amplified Superluminal Hookup) g‘oyasini bayon etgan maqola taklif qildi. Keyinchalik Asher Peres — o‘sha vaqtda jurnal taqrizchilaridan biri bo‘lgan olim — aytishicha, bu g‘oyaning xatoligi ravshan edi. Biroq u o‘zini hayratga solgan holda, qisqacha havola qilish mumkin bo‘lgan aniq fizik teoremani topa olmagan. Shu sababli u maqolani chop etishni talab qilgan: chunki bu «katta qiziqish uyg‘otadi, xatoning topilishi esa fizikani tushunishimizda sezilarli olg‘a siljishga olib keladi». Maqola chop etildi va boshlangan munozara natijasida Vutters, Zurek^[ingl.] va Diks^[ingl.] tomonidan klonlashni taqiqlovchi teorema ifodalanib, isbotlandi. Bu voqealar Peresning ushbu hodisalardan 20 yil keyin chop etilgan maqolasida shunday bayon qilingan.

Klonlashni taqiqlovchi teorema noma’lum ixtiyoriy kvant holatining mukammal nusxasini yaratish mumkin emasligini bildiradi. Vaziyatni ancha soddalashtirib, tirik mavjudotlarni klonlashni misol qilish mumkin. Qo‘yning mukammal genetik nusxasini yaratish mumkin, ammo uning hayoti va taqdirini «klonlash» mumkin emas.

Olimlar odatda nomida «yorug‘likdan tezkor» so‘zi bo‘lgan loyihalarga shubha bilan qaraydilar. Bunga Gerbertning o‘ziga xos ilmiy yo‘li ham qo‘shildi. 1970-yillarda u Xerox PARCda ishlaydigan do‘sti bilan «jismsiz ruhlar bilan aloqa qilish» uchun «metafazaviy yozuv mashinkasi»ni yaratgan (keng ko‘lamli tajribalar natijalarini ishtirokchilarning o‘zlari ishonchli dalil emas, deb topgan). 1985-yilda esa Gerbert fizikadagi metafizika haqida kitob yozdi. Umuman, 1982-yilgi voqealar potensial tadqiqotchilar nazarida kvant aloqasi g‘oyalarining obro‘siga jiddiy putur yetkazdi va XX asr oxirigacha bu yo‘nalishda sezilarli yutuq kuzatilmadi.

Kvant aloqasi

Aynan kvant mexanikasi nazariyasi yorug‘lik tezligidan yuqori tezlikda axborot uzatishni taqiqlaydi. Bu o‘lchashlarning mohiyatan ehtimollikka asoslangani va klonlashni taqiqlovchi teorema bilan izohlanadi. Fazoda bir-biridan uzoqda joylashgan A va B kuzatuvchilarning har birida kvant jihatdan chigallashgan, ichida Shryodinger mushugi bo‘lgan quti borligini tasavvur qilaylik. Mushuklar superpozitsiya — «tirik-o‘lik» holatida. t1 paytida A kuzatuvchi qutini ochsa, uning mushugi teng ehtimollik bilan tirik yoki o‘lik bo‘lib chiqadi. Agar tirik bo‘lsa, t2 paytida B kuzatuvchi o‘z qutisini ochib, unda o‘lik mushukni ko‘radi. Muammo shundaki, dastlabki o‘lchashdan oldin qaysi kuzatuvchida qanday natija bo‘lishini aytib bo‘lmaydi. O‘lchashdan keyin esa bir mushuk tirik, ikkinchisi o‘lik bo‘ladi va vaziyatni orqaga qaytarib bo‘lmaydi.

Klassik cheklovlarni aylanib o‘tish usulini 2006-yilda A. Korotkov va E. Jordan — Kaliforniya universiteti tadqiqotchilari — kuchsiz kvant o‘lchashlari ( (ingl. weak quantum measurement) yordamida topdilar. O‘xshatishni davom ettirsak, qutini keng ochish emas, balki qopqog‘ini sal ko‘tarib, tirqishdan mo‘ralash mumkinligi ma’lum bo‘ldi. Mushukning holati ko‘ngildagidek bo‘lmasa, qopqoqni darhol yopib, yana urinib ko‘rish mumkin. 2008-yilda Kaliforniya universitetining boshqa tadqiqotchilar guruhi mazkur nazariya muvaffaqiyatli tajribada tekshirilganini e’lon qildi. Shryodinger mushugining «qayta tirilishi» mumkin bo‘lib qoldi. A kuzatuvchi endi qutisi qopqog‘ini B kuzatuvchidagi mushuk kerakli holatda ekaniga ishonch hosil qilguncha qayta-qayta ochib-yopa oladi.

«Teskari kollaps» imkoniyatining kashf etilishi kvant mexanikasining asosiy tamoyillari haqidagi tasavvurlarni ko‘p jihatdan o‘zgartirdi:

Professor Vlatko Vedral, Oksford universiteti: «Endi biz o‘lchashlar voqelikni shakllantiradi deb ham ayta olmaymiz, chunki o‘lchash ta’sirini bartaraf etib, hammasini boshidan boshlash mumkin»
Professor Shlosxauer, Melburn universiteti: «Kvant olami yanada nozik, voqelik esa yanada sirli bo‘lib qoldi».
— Shryodinger mushugining qayta tirilishi mumkin bo‘ldi . Murojaat sanasi: 15-oktabr 2011-yil. Arxivlangan 26-oktabr 2011-yil.

Fazoda ajratilgan qabul qilgichlarga chigallashgan zarrachalar oqimini uzatish bilangina cheklanmay, bunday zarrachalarni keyinroq foydalanish uchun qabul qilgichlarda superpozitsiya holatida cheksiz uzoq vaqt saqlash g‘oyasi paydo bo‘ldi. Ranyadaning 1990-yilgi ishlaridan bunday Xopf tolalanishlarining topologik jihatdan Maksvell tenglamalari yechimlari bo‘lishi mumkinligi ma’lum edi. Oddiy tilda aytganda, bu nazariy (matematik) jihatdan fotonlar dastasi yoki alohida foton murakkab yopiq trayektoriya bo‘ylab cheksiz aylanib, fazoda tor shaklini chizishi mumkinligini anglatardi. Yaqin vaqtgacha bu shunchaki navbatdagi matematik abstraksiya bo‘lib qolgan edi. 2008-yilda amerikalik tadqiqotchilar hosil bo‘ladigan tolalanishlar va ularni jismonan amalga oshirish imkoniyatlarini tahlil qila boshladilar. Natijada^{[aniqlashtirish kerak]} barqaror yechimlar topildi. 2011-yil sentabr holatiga ko‘ra, laboratoriyada muvaffaqiyatli amalga oshirish haqida xabar berilmagan edi, ammo endi bu fizik cheklovlardan ko‘ra texnik qiyinchiliklar masalasi edi^{[aniqlashtirish kerak]}.

Chigallashgan zarrachalarni «saqlash» muammosidan tashqari, dekogerensiya — ya’ni atrof-muhit bilan o‘zaro ta’sir tufayli zarrachalarning vaqt o‘tishi bilan chigallashuvni yo‘qotishi muammosi ham hal etilmagan. Hatto fizik vakuumda ham virtual zarrachalar mavjud. Kazimir effekti ko‘rsatganidek, ular fizik jismlarni sezilarli darajada deformatsiyalaydi va, demak, nazariy jihatdan chigallashgan zarrachalarga ham ta’sir qilishi mumkin.

Kvant teleportatsiyasi

Kvant teleportatsiyasi (uni teleportatsiya bilan adashtirmaslik kerak) chigallashgan kvant holatlariga asoslanadi va faol tadqiq qilinayotgan kvant hisoblashlari hamda kvant kriptografiyasi.

kabi sohalarda qo‘llanadi.Yu. I. Manin kvant hisoblashlari g‘oyasini birinchi bo‘lib 1980-yilda taklif qilgan. 2011-yil sentabr holatiga ko‘ra, to‘laqonli kvant kompyuteri ko‘plab kvant nazariyasi masalalari va dekogerensiya muammosini hal qilish bilan bog‘liq bo‘lgan faraziy qurilma edi. Bir necha kubitli) kvant «mini-kompyuterlari» laboratoriyalarda allaqachon yaratilmoqda. Foydali natija bergan birinchi muvaffaqiyatli qo‘llanishni xalqaro olimlar guruhi 2009-yilda namoyish etdi. Kvant algoritmi yordamida vodorod molekulasining energiyasi aniqlandi. Biroq ayrim tadqiqotchilar kvant kompyuterlari uchun chigallashuv, aksincha, istalmagan yon omil degan fikrni ilgari surmoqda.

Kvant kriptografiyasida shifrlangan xabarlar ikki aloqa kanali — kvant va an’anaviy kanal orqali yuboriladi. Kvant kalitini taqsimlashning birinchi BB84 protokolini Bennet^[ingl.] va Brassar^[ingl.] 1984-yilda taklif qilgan. Shundan so‘ng kvant kriptografiyasi kvant fizikasining jadal rivojlanayotgan amaliy yo‘nalishlaridan biriga aylandi. 2011-yilga kelib bir nechta laboratoriya va tijorat kompaniyasi ishlaydigan uzatkich hamda qabul qilgich prototiplarini yaratgan edi.

Kvant kriptografiyasining g‘oyasi va jozibadorligi «mutlaq» kriptografik bardoshlilikka emas, balki kimdir xabarni tutib olishga uringan zahoti bu haqda xabar berilishining kafolatlanishiga asoslanadi. Bunday imkoniyat tizimni yaratish davrida ma’lum bo‘lgan kvant fizikasi qonunlariga, avvalo to‘lqin funksiyasi kollapsining qaytmasligiga tayangan. Qaytar kuchsiz kvant o‘lchashlari kashf etilib, muvaffaqiyatli sinovdan o‘tkazilgach, kvant kriptografiyasi ishonchliligining asoslari jiddiy savol ostida qoldi. Ehtimol, kvant kriptografiyasi tarixda «mutlaqo ishonchli» uzatkich prototipi va xabarlarni tutib oluvchi qurilma prototipi deyarli bir vaqtda, tizimning amaliy qo‘llanilishi boshlanmasidan avval yaratilgan tizim sifatida qolishi mumkin.

Kvant chigallashuvi va fazo-vaqt tuzilishi

Olim Xirosi Ooguri^[ingl.], M. Markolli va boshqalarga ko‘ra, kvant chigallashuvi gravitatsiya nazariyasi uchun qo‘shimcha o‘lchamlarni yuzaga keltiradi. Ikki o‘lchamdagi kvant chigallashuvi haqidagi ma’lumotlardan foydalanib, uch o‘lchamli fazoda gravitatsion o‘zaro ta’sir sifatida namoyon bo‘ladigan vakuum energiyasi zichligini hisoblash mumkin. Bu kvant chigallashuvini energiya zichligiga qo‘yilgan shart sifatida talqin qilish imkonini beradi. Ushbu shartlar umumiy nisbiylik nazariyasiga ham, kvant mexanikasiga ham mos keladigan, ziddiyatsiz har qanday kvant gravitatsiyasi nazariyasida bajarilishi kerak.

Hodisaning fizik talqini

Kopengagen talqini

Bom talqini

Ko‘p olamli talqin

Ko‘p olamli talqin chigallashgan zarrachalarni ayni bir zarrachaning barcha mumkin bo‘lgan holatlari proyeksiyalari sifatida qarash imkonini beradi. Bu holatlar parallel olamlarga tegishlidir.

Girardi — Rimini — Veber obyektiv reduksiyasi

Tranzaksion talqin

Tranzaksion talqin (TI) talqinini Kramer^[ingl.] 1986-yilda taklif qilgan. Bu talqinga ko‘ra, zarrachalardan vaqt o‘qi bo‘ylab o‘tmish va kelajak tomon yo‘nalgan simmetrik turg‘un to‘lqinlar chiqishini nazarda tutadi. Bunda o‘zaro ta’sir yorug‘lik tezligi chegarasini buzmagan holda to‘lqinlar bo‘ylab tarqaladi, ammo kuzatuvchining vaqt tizimida hodisa (tranzaksiya) «bir zumda» sodir bo‘ladi.

Ko‘p zarrachali kvant chigallashuvi

Ko‘p zarrachali kvant chigallashuvi — uch yoki undan ortiq quyi tizim yoki zarrachadan tashkil topgan kvant tizimidagi chigallashuv hodisasi. Ikki zarrachali holatga nisbatan ko‘p zarrachali kvant chigallashuvi odatda ancha murakkab va boy dinamikaga ega. Hozirda u kvant informatikasi sohasida faol o‘rganilmoqda va kvant kompyuterlari ishining nazariy tavsifidagi muhim tarkibiy qism hisoblanadi..

Kvant chigallashuvi va chuvalchang tuynuklari

2013-yilda Germaniyaning «Fortschritte der Physik» jurnalida chop etilgan maqolada Maldasena va Saskind chuvalchang tuynugi — texnik jihatdan Eynshteyn — Rozen ko‘prigi yoki ER — kvant chigallashuvining fazo-vaqtdagi ekvivalenti ekanini ta’kidladilar. Bu fayervol muammosini hal qilish imkonini berdi.

Diniy va ommaviy madaniyatdagi hodisa

Bifoton belgisi, Amerika fizika jamiyati saytida
Tajriba tariqasidagi diniy ramz. Uning muallifi ba’zan kvant chigallashuvi hodisasi bilan bog‘lanadigan naqshdan foydalanishga qaror qilgan
«Budda va Kvant» kitobi, Vankuverdagi. kitob do‘koni. So‘zboshidan: «…biz zamonaviy fizikani faqat makon va vaqtni ong ichiga joylashtirsakgina tushuna olamiz»

Adabiyotlar

I. V. Bargatin, B. A. Grishanin, V. N. Zadkov. Atom tizimlarining chigallashgan kvant holatlari (rus.) // «Uspexi fizicheskix nauk» : jurnal. — Moskva: Rossiya Fanlar akademiyasi, 2001. — J. 171, № 6. — doi:10.3367/UFNr.0171.200106c.0625.
K. A. Valiyev, A. A. Kokin. Kvant kompyuterlari: umidlar va voqelik. — Moskva: R&C, 2001. — ISBN 5-93972-024-2.
S. Ya. Kilin. Kvant axboroti (rus.) // «Uspexi fizicheskix nauk» : jurnal. — Moskva: Rossiya Fanlar akademiyasi, 1999. — J. 169, № 5. — doi:10.3367/UFNr.0169.199905b.0507.
Kvant kriptografiyasi: g‘oyalar va amaliyot / S. Ya. Kilin, D. B. Xoroshko, A. P. Nizovsev tahriri ostida. — Minsk: Belarus fani, 2007. — ISBN 978-985-08-0899-8.
M. Nilsen, I. Chang. Kvant hisoblashlari va kvant axboroti = Quantum Computation and Quantum Information. — Moskva: Mir, 2006. — ISBN 5-03-003524-9.
Jorj Masser. Nolokallik. Makon va vaqt haqidagi tasavvurlarni o‘zgartiradigan hodisa hamda uning qora tuynuklar, Katta portlash va barcha narsalar nazariyalari uchun ahamiyati = Musser George. Spooky action at a distance. — Alpina Non-fikshn, 2018. — ISBN 978-5-91671-810-2.
R. Horodecki, P. Horodecki, M. Horodecki va K. Horodecki. Kvant chigallashuvi. Rev. Mod. Phys., 81, 865 (2009).
O. Gyune va G. Tot. Chigallashuvni aniqlash. Phys. Rep., 474, 1-75 (2009).
L. Amiko, R. Fatsio, A. Osterlo va V. Vedral. Ko‘p jismli tizimlardagi chigallashuv. Rev. Mod. Phys., 80, 517 (2008).
Maykl Valter, Devid Gross, Yens Ayzert. Ko‘p tomonlama chigallashuv (ingl.). — 2016. — arXiv:1612.02437.

Havolalar

Obyektiv voqelikning mavjudligi yana shubha ostiga olindi // Lenta.ru, sentabr 2014
Fiziklar kvant chigallashuvining yangi turini kashf etdilar // Xaytek, yanvar 2023